关于石油管道工程冻土环保技术的若干思考

1 石油管道沿线冻土环境概述

1.1 冻土简介

冻土, 顾名思义, 是指温度在0摄氏度以下, 土壤层中含有冰和岩石混合物, 并对温度变化及其敏感的土体地质层。具体来说, 冬季冻土层在零下摄氏度的低温状态下, 随着温度的不断降低发生剧烈膨胀, 对表层建设的路面路基产生推顶挤压作用;夏季冻土层随着气温的逐渐升高而内部的冰物质逐渐融化。土层体积逐渐缩小, 路基发生向下沉降, 容易导致出现路基或路面塌陷、变形甚至裂变。

总体来说, 冻土可分为数小时、数日或多至半月的短时冻土、半月至数日的季节冻土、数年至数万年及以上的多年或永久性冻土等类型。冻土具有流变的性质, 其长期物理强度要远远低于瞬间强度的特征。因此, 因其冻土的上述性质, 在冻土区修建工程构建物要面临两大挑战:冻胀与融沉。这是世界范围内要解决冻土层上构建工程的永恒难题。

1.2 冻土环境及其特征

1.2.1 冻土环境

是指冻土层所在区域多年形成的自然环境, 冻土聚集区域随着气温的变化, 常年冻胀与融沉, 形成了区域内独特的自然环境。

1.2.2 特征

冻土所在区域大多为地域气候环境恶劣区域。多年冻土层分布往往呈现维度地带分布特征。从地理学角度看, 从南至北, 从低纬度到高纬度, 冻土层的分布呈现由零星状到半岛形状最后过渡到片状连续区域分布。从特征来说, 维度高的地区冻土抗热干扰能力较差, 热稳定性要好于纬度低区域的冻土。

我国冻土区域主要分布在境内的亚寒带与寒带区域, 冻土所在区域人迹罕至, 原始自然风貌保存完好, 山间与河谷多发育为沼泽, 森林与河流资源丰富。地质层中往往蕴含丰富石油资源。

2 石油管道工程对冻土环境影响分析

2.1 冻土区域的自然环境破坏

石油管道在冻土层施工, 开挖沟槽, 地表植被遭到破坏。同时, 在沟槽回填过程中, 要进行冻土层回填压实作业, 使得土壤空隙及水分含量减少, 增加了土壤吸收的热量, 使得冻土地表水分较少、热量较高, 干燥板结, 不利于植物后续演替生长。

石油管道施工现场作业人员与设备集中, 冻土周围被大型机械与材料堆压、踩踏, 会形成裸露的斑块, 加之废物废水及施工垃圾的堆放, 造成周围环境污染。

2.2 施工安全性问题

使得冻土层直接暴露在周围环境之中, 进行热量交换, 若施工季节温度较高, 则会出现冻土土壤吸收较大热量, 随着施工开挖面积的增加。冻土吸收热量越来越大, 出现冻土融化面积越来越大的现象, 土层内聚力降低, 容易出现工程塌方危险。

石油管道施工过程中, 修建的排水与侧沟工程往往会出现积水, 随着积水逐渐增多并渗透在冰层中, 融化冰层, 会导致底层洼陷, 造成施工危险。

即使石油管道成功修建并运送石油, 当输油管道中石油温度过高时, 热量会传递到冻土层中, 使得冻土融化, 出现下沉现象。当输油管道中石油温度过低时, 会吸收冻土层中的热量, 管道会出现冻胀现象, 导致管道破裂, 出现原油泄漏现象。

3 冻土环境保护技术

要实现在冻土环境中, 成功建设石油管道, 并保证使用过程中不出问题, 就必须做好施工建设过程中对冻土层防热干扰工作, 尽量维持冻土层的原生态状态, 要用最小的影响最短的周期实现施工区域冻土环境达到新的均衡状态。

3.1 在冻土融化范围清除植被边界

在冻土层环境表面因施工导致融化的范围处进行一定的延伸, 作为清除植被的边界, 其理论延伸边界为冻土上限的1.7倍左右, 大型工程及石油管道的安全防护距离要在55米以上。

3.2 积极恢复遭破坏的植被

在工程施工建设过程中, 工程建设区域内冻土表层土壤与植被要进行恢复及养护, 在施工结束后按照科学分层进行回填并恢复。具体来说, 在小型工程取土坑回填时, 可利用工程废弃土及残渣进行回填操作, 并覆盖以植被。在较大型取土坑回填时, 当挖掘面积大于60平米时, 回填时要做成与周围地表自然过渡的坡度小于26度的缓坡, 并覆盖以植被。

3.3 对坑基开挖暴露时间控制

在施工过程中, 要充分考虑冻土层所允许的融化厚度, 施工季节的温度及基坑表面冻土层受空气对流换热与太阳辐射的影响, 通过空气对流交换公式计算坑基开挖暴露时间机冻土层可承受施工暴露时间范围。

3.4 要准确确定施工便道和伴行路基的临界填筑高度

要维持路堤层下冻土的天然状态, 在冻土层冰含量低的工程路段, 施工便道与伴行路段的路基填筑高度要以0.45-0.75米为最佳;在冻土层冰含量高的工程路段, 伴行路与施工便道的最小临界高度可利用计算公式算出, 具体为H=1.2 (1.0-0.15天) , H代表冻土环境区域的天然上限, 理论上计算来说, 暖季施工, 冻土层寒冰量低的区域, 施工便道与伴行路的路基不低于0.4 米, 而寒冰量搞得冻土区域, 施工便道与伴行路基不低于0.7米。

综上, 众所周知, 冻土层因其特殊的构造, 冻土环境较为脆弱, 在进行石油管道建设与铺设过程中, 不可避免的会对冻土的原生态环境造成破坏与伤害, 在工程建设过程中, 要通过冻土融化范围清除植被边界、冻土层植被的复垦、对坑基开挖暴露时间控制、确确定施工便道和伴行路基的临界填筑高度等技术手段, 实现冻土层石油管道工程建设的平稳运行。

摘要：冻土层的稳定代表着冻土环境的稳定, 进而能够保证石油管道在冻土环境铺设工程的稳定。因此, 要利用工程冻土环保技术来实现冻土层施工的环境保护及冻土层生态均衡, 从而推进石油管道工程的良好运行。

关键词：石油管道,程冻土环保技术,影响分析

参考文献

[1] 李国智.石油管道工程冻土环境保护技术研究[J].中国石油和化工标准与质量, 2019 (07) .